Volgens seismische metingen op Mars door NASA’s InSight-missie, bewogen zich in het verre verleden enorme oceanen van magma onder de korst van de Rode Planeet, wat aangeeft dat er sprake was van een omgeving die vriendelijk was voor de aanwezigheid van leven. De door InSight geregistreerde seismische trillingen onthulden op een diepte van ongeveer 24 kilometer een grens tussen twee verschillende soorten gesteente die waren gevormd uit gigantische magmareservoirs. Het bestaan van deze reservoirs zou onze kennis over de vroege evolutie van Mars fundamenteel kunnen veranderen.
Wetenschappers schatten nu al in dat deze ontdekking het beeld dat we hebben van de geschiedenis van de Rode Planeet kan herzien. ‘Een van de belangrijkste vragen in de planetaire wetenschap is of de aarde een uniek geval is. Als Mars erin slaagt zo’n complexe korst te ontwikkelen zonder platentektoniek, dan kunnen de omstandigheden voor bewoonbare omgevingen misschien op meer planeten worden gecreëerd dan eerder werd gedacht, zelfs op werelden die tot nu toe als ongeschikt werden beschouwd vanwege hun omvang of gebrek aan tektonische activiteit’, zegt John Wade van de Universiteit van Oxford.
Insight heeft met name ook bewijs ontdekt dat zich waarschijnlijk een gigantische actieve magmakolom met een diameter van ongeveer 4.000 kilometer in de mantel onder de noordelijke vlakten van Mars bevindt, die de korst omhoog duwt en heet magma naar het oppervlak transporteert, wat ook wijst op omstandigheden die gunstig zijn voor de aanwezigheid van leven.
De aarde wordt gevormd door de beweging van tektonische platen, dat wil zeggen enorme stukken korst die over de gesmolten mantel bewegen. Dit proces veroorzaakt aardbevingen en vulkaanuitbarstingen, creëert nieuwe bodems en reguleert koolstof in de atmosfeer terwijl het deze absorbeert en weer vrijgeeft via vulkanen. Deze continue recycling resulteert in een zeer complexe korst met meerdere lagen.
Op Mars is er daarentegen geen overtuigend bewijs dat tektonische platen ooit hebben bestaan. Er wordt aangenomen dat de planeet een enkele en stijve korst heeft, die niet in afzonderlijke platen uiteenvalt. Onder deze vaste laag tot aan de mantel, die ongeveer 38 kilometer onder het oppervlak ligt, geloofden wetenschappers dat het interieur relatief homogeen was.
De InSight-missie van NASA, die van 2018 tot 2022 op Mars actief was, maakte het voor het eerst mogelijk om deze hypothese te onderzoeken. De seismometer van het schip registreerde trillingen als gevolg van aardbevingen, veroorzaakt door meteorietinslagen of door bewegingen binnen de planeet. Door te analyseren hoe seismische golven zich door verschillende rotsen voortbewegen, konden wetenschappers de structuur van het binnenste van Mars in kaart brengen.
Onderzoekers van de Universiteit van Oxford hebben zich ertoe verbonden het mysterie op te lossen. Met behulp van geothermische modellen en statistische analyses concludeerden ze dat boven de 24 km diepte een dikke laag mafisch gesteente ligt, rijk aan ijzer, magnesium en siliciumdioxide. Daaronder ligt een dichtere laag kristallijne ultramafische gesteenten die voornamelijk ijzer en magnesium bevatten, maar veel minder silica. Deze laag strekt zich nog eens 14 kilometer uit tot de grens tussen de korst en de mantel.
Onderzoekers geloven dat de dichtere materialen onder de lichtere zijn gezonken in enorme reservoirs van gesmolten magma die ooit onder de korst van Mars bestonden. Net zoals olie zich van water scheidt, werden de verschillende gesteenten geleidelijk gescheiden door een proces dat differentiatie wordt genoemd, voordat het magma afkoelde en stolde. Deze reservoirs kunnen zich over honderden of zelfs duizenden kilometers uitstrekken en enorme vulkanische systemen zoals de berg Olympus en de vulkanen van de Tharsis-regio met elkaar verbinden. Dit betekent dat deze gigantische vulkanen waarschijnlijk niet als individuele brandpunten fungeerden, maar delen vormden van een enkel ondergronds magmasysteem.
Deze ontdekking is verrassend, omdat een dergelijk fenomeen, bekend als transkorstale magmatische activiteit, tot nu toe alleen op aarde werd waargenomen. Het is een indicatie dat Mars, ondanks de afwezigheid van tektonische platen, een aanzienlijke geochemische evolutie heeft doorgemaakt en een veel complexere geologische structuur heeft ontwikkeld dan eerder werd gedacht. In feite kan deze geologische activiteit hebben bijgedragen aan het behoud van een gastvrijer milieu. Herhaalde vulkaanuitbarstingen kunnen koolstofdioxide en andere broeikasgassen in de atmosfeer vrijgeven, waardoor deze langer dichter en warmer blijft.
Vanwege de kleine omvang van Mars, de lage zwaartekracht en de afwezigheid van een sterk magnetisch veld, is een groot deel van zijn atmosfeer samen met aanzienlijke hoeveelheden water in de loop van zijn geschiedenis de ruimte in ontsnapt. Intense vulkanische activiteit had dit proces kunnen vertragen. Wetenschappers schatten dat het magma afkomstig is van opwellende stromingen in de diepe mantel van Mars. Door de opstijgende hitte smolten delen van de korst, waardoor nog meer magma ontstond. Soortgelijke processen vonden plaats op aarde tijdens het archeozoïcum, 4 tot 2,5 miljard jaar geleden, en droegen bij aan de vorming van de continenten. Op Mars ontwikkelden deze processen zich echter, vanwege de afwezigheid van tektonische platen, niet in dezelfde mate.
Niettemin suggereren sommige modellen dat de opwaartse stroming van de mantel mogelijk heeft bijgedragen aan het karakteristieke verschil tussen het noordelijk en het zuidelijk halfrond van Mars. Het noordelijke deel bestaat grotendeels uit laagvlakten, waar waarschijnlijk ooit een uitgestrekte oceaan heeft bestaan, terwijl het zuidelijke deel wordt gedomineerd door uitgestrekte hooglanden. “Tot nu toe dachten we dat vulkanische activiteit op Mars relatief eenvoudig was vergeleken met die op aarde. De nieuwe ontdekking laat zien dat de planeet enorme en langlevende magmatische systemen in stand had kunnen houden, die in staat waren om gesmolten gesteente door de korst heen te evolueren en te recyclen”, zegt onderzoeksleider Tobermory Mackay Champion.
Hij wees er ook op dat deze voortdurende recycling van de korst belangrijke ertsen mogelijk veel dichter bij het oppervlak heeft geconcentreerd dan eerder werd gedacht. “Mars heeft mogelijk een veel grotere minerale rijkdom aan de oppervlakte dan we wisten, wat de vooruitzichten vergroot voor toekomstige mijnbouw, bemande missies en, op de lange termijn, permanente menselijke nederzettingen.” Dit perspectief schept echter ook zorgen dat bedrijven in de toekomst de natuurlijke hulpbronnen van de Rode Planeet economisch zouden kunnen exploiteren.
